Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)鋁合金多相組織調(diào)控及對(duì)性能的影響.pdf

1、Al-Zn-Mg-Cu系超強(qiáng)鋁合金作為重要的結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域和地面運(yùn)載工具，在國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有重要作用。但Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)鋁合金合金元素含量高，鑄錠未溶共晶相多，晶界析出相鏈狀富集，降低了合金的斷裂韌性和腐蝕抗力，限制了其應(yīng)用潛力的發(fā)揮。發(fā)展高韌耐蝕的Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)合金具有重要意義。
　　 本文以Al-Zn-Mg-Cu系超強(qiáng)鋁合金為研究對(duì)象，采用硬度、拉伸性能、電導(dǎo)率和腐蝕性能(S

2、CC、EXCO、IGC)測(cè)試、差熱分析(DSC)、X射線(xiàn)衍射(XRD)、金相(OM)和電子顯微分析方法(SEM、TEM、STEM-HADDF)等多種分析手段，研究了超強(qiáng)鋁合金多相微觀組織的演化，研究了凝固結(jié)晶相、晶界析出相和基體形變回復(fù)組織的調(diào)控及其對(duì)超強(qiáng)鋁合金強(qiáng)韌性和腐蝕性能的影響，分析了各種狀態(tài)下合金的強(qiáng)韌性和耐蝕性改善的機(jī)理，并研究了新型超強(qiáng)鋁合金半連續(xù)鑄錠和管材擠壓成形。研究結(jié)果表明：
　　 1)Al-Zn-Mg-Cu超

3、強(qiáng)合金鑄錠中多相共晶組成相在逐步升溫多級(jí)均勻化和固溶過(guò)程中的逐漸分離或消失，可以提高合金的液相初始形成溫度和固溶極限溫度，避免出現(xiàn)過(guò)渡液相，有效提高合金結(jié)晶相的固溶程度。超強(qiáng)鋁合金結(jié)晶相斷裂產(chǎn)生的微裂紋與斷裂韌性關(guān)系的模型解析和實(shí)驗(yàn)表明，結(jié)晶相的體積分?jǐn)?shù)越高，在相同應(yīng)力下其斷裂分?jǐn)?shù)越高；隨著源自結(jié)晶相的微裂紋體積分?jǐn)?shù)的增加，斷裂韌性呈現(xiàn)先明顯降低、后平緩降低的趨勢(shì)。逐步升溫多級(jí)均勻化和固溶處理減少未溶結(jié)晶相數(shù)量，提高了Al-Zn-Mg-

4、Cu合金的斷裂韌性和強(qiáng)度。
　　 2)Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)合金經(jīng)465℃高溫預(yù)析出處理后，在保持合金峰值時(shí)效、雙級(jí)時(shí)效和三級(jí)時(shí)效狀態(tài)的強(qiáng)度、塑性的同時(shí)，可明顯提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，合金晶間腐蝕、剝蝕敏感性降低；隨著預(yù)析出溫度降低至455℃，合金強(qiáng)度下降，抗應(yīng)力腐蝕性能進(jìn)一步得到改善。經(jīng)高溫預(yù)析出處理后合金晶界析出相明顯粗化、離散分布且Cu含量顯著增加。
　　 3)Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)合金一般時(shí)效處理和高溫

5、預(yù)析出處理晶界區(qū)域組成相模擬電極電化學(xué)腐蝕行為研究表明，各組成相電極自腐蝕電位從大到小的排列順序不因腐蝕時(shí)間長(zhǎng)短而發(fā)生變化。一般時(shí)效處理的Al-Zn-Mg-Cu合金，無(wú)沉淀析出帶(PFZ)和基體電位較正，成為微電池腐蝕的陰極；晶界析出相電位較負(fù)，成為微電池腐蝕的陽(yáng)極。晶界析出相Cu含量增加，電位正移。高溫預(yù)析出提高晶界析出相Cu含量，降低了晶界析出相與PFZ和基體間的電位差，是高溫預(yù)析出提高Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)合金應(yīng)力腐蝕性能的重

6、要原因。
　　 4)Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)合金中組合添加Zr、Cr和Pr在提高合金硬度、強(qiáng)度、延伸率和斷裂韌性的同時(shí)，能顯著改善Al-Zn-Mg-Cu合金的抗應(yīng)力腐蝕性能、抗剝落腐蝕性能和抗晶間腐蝕性能。在Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)合金中組合添加Zr、Cr和Pr形成Ll2型含Cr、Pr的Al3Zr和含Zr的PrCr2Al20多元彌散相。含Cr、Pr的Al3Zr和含Zr的PrCr2Al20多元彌散相可有效釘扎位錯(cuò)和亞晶界，顯著

7、地抑制Al-Zn-Mg-Cu超強(qiáng)合金基體亞晶長(zhǎng)大和再結(jié)晶，使合金基體保持以小角度晶界為主的形變回復(fù)組織。在小角度亞晶界處，析出相呈近似橢球狀離散分布，沒(méi)有形成無(wú)沉淀析出帶。
　　 5)研究了Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr(wt％)和Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr-0.1Cr-0.14Pr(wt％)超強(qiáng)鋁合金的半連續(xù)鑄錠和管材擠壓成形，兩種合金的鑄造性能和成形性相近，可以實(shí)現(xiàn)工程化制

8、備。Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr-0.1Cr-0.14Pr(wt％)合金管材的強(qiáng)度和耐蝕性?xún)?yōu)于Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr(wt％)合金管材，Al-8.6Zn-2.5Mg-2.2Cu-0.16Zr-0.1Cr-0.14Pr(wt％)合金管材抗拉強(qiáng)度σb在690～773 MPa之間，屈服強(qiáng)度σ0.2在642～669 MPa之間，延伸率δ在8.0～9.4％之間，應(yīng)力腐蝕臨界應(yīng)力強(qiáng)度因子KI